细胞生物学第四章 细胞膜及物质的跨膜运输课件

第四章细胞膜及物质的跨膜运输细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输（cellmembrane)①使细胞具有相对独立和稳定的内环境；②是细胞内外物质、信息、能量交换的“门户”。细胞膜概念：是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质膜（plasmamembrane).功能：细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输除细胞膜外，真核细胞内许多膜性细胞器的膜，如内质网膜、高尔基复合体膜、溶酶体膜、核膜等，统称为细胞内膜。细胞内膜（endomembrane）★概念：细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”三层结构，故将这三层结构称为单位膜。生物膜细胞膜细胞内膜线粒体膜生物膜(biomembrane）细胞膜细胞质细胞膜、线粒体膜和细胞内膜的总称。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输一、细胞膜的化学组成细胞膜脂类、蛋白质、糖类

水、无机盐、金属离子——主要成分—少量成分第一节细胞膜的化学组成和分子结构细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输★蛋白质/脂类

:在不同种类生物膜中有所不同。

各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比膜的种类蛋白质/脂类神经髓鞘(轴突部分的细胞膜）血小板Hela细胞红细胞膜线粒体内膜0.230.71.51.5-43.2一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类大；功能少而简单的膜，蛋白质/脂类小。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输(一)膜脂生物膜上的脂类统称膜脂。膜脂磷脂糖脂胆固醇均为“双亲性分子”(★★)既有亲水性一端，又有疏水性一端的分子。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输1、磷脂的类型细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输鞘磷脂X

极性头部（亲水性）非极性尾部（疏水性）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸鞘胺醇磷脂细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输2、糖脂糖脂分子糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同。常见糖脂：脑苷脂；神经节苷脂鞘胺醇脑苷脂细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输3、胆固醇(cholesterol)极性头部固醇环结构非极性尾部细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输（二）膜蛋白内在蛋白（70%～80%）外在蛋白（20%～30%）细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输1、内在蛋白※膜功能的承担者；※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层：（1）贯穿脂双层，两端露出膜外——跨膜蛋白

内在膜蛋白具有双亲性，其亲水区域暴露在膜的一侧或两侧表面与水相吸，它们的疏水区嵌入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合，不易分离。（2）一端嵌入膜层内，另一端露出膜外——半嵌入蛋白细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输2、外在蛋白

非双亲性分子；附在膜的内外表面（主要在细胞膜的内表面），与膜脂极性头部或内在膜蛋白的极性区域非共价地结合，易分离。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输单次穿膜：单条a-螺旋贯穿脂质双层。脂双分子层非胞质面胞质面12345多次穿膜：数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。与磷脂酰肌醇结合：蛋白质通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇（在非胞质面的单层）共价结合。外在膜蛋白：跨膜蛋白12345内在膜蛋白附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输单糖或多聚糖+膜脂共价键糖脂单糖或多聚糖+膜蛋白糖蛋白共价键细胞内（三）糖类脂双层膜蛋白细胞外被细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞外被。细胞外被细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输二、细胞膜的特性——流动性和不对称性。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输（一）细胞膜的流动性1、膜脂的流动性（1）侧向移动（2）旋转运动（3）左右摆动（4）翻转运动★★膜脂的特性——液晶态晶态液晶态液态相变相变温度★膜脂分子的运动方式细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输2、膜蛋白的流动性膜蛋白分子的运动方式（1）侧向移动（2）旋转运动细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输小鼠细胞人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞小鼠膜蛋白抗体+荧光素人膜蛋白抗体+罗丹明小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）人细胞孵育（37℃，40分钟）诱导融合膜蛋白(抗原)细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输影响膜流动性的因素1.脂肪酸链的饱和程度2.脂肪酸链的长度

3.胆固醇的影响

4.卵磷脂/鞘磷脂的比例

6.其它因素饱和程度高，流动性小饱和程度低，流动性大链长，流动性小链短，流动性大调节膜的流动性此比例小，流动性小此比例大，流动性大环境温度、pH、离子强度等5.膜蛋白的影响内在膜蛋白多，流动性小细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输（二）生物膜的不对称性1、膜脂分布的不对称性

第三：糖脂

全部分布在膜的非胞质面。第一：磷脂

磷脂酰胆碱

和鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）

磷脂酰乙醇胺

和磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）∵磷脂酰丝氨酸带有负电荷，∴细胞膜内层负电荷多于外层。

第二：胆固醇因其与磷脂酰胆碱和鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输2、膜蛋白分布的不对称性第一：膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。（包括内在及外在膜蛋白）第三：糖蛋白的分布是不对称的。（均分布于细胞膜的外层，即膜的非胞质面）第二：膜蛋白颗粒在膜内外两层中的分布是不对称的。※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。（细胞膜内层多于外层）细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输※膜的通透性——膜允许一定物质穿越的性能。特点：具有选择性。第二节小分子物质的跨膜运输O2,CO2,N2尿素，H2O葡萄糖,蔗糖H+,Na+,

Ca2+细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输★膜对物质分子的通透性取决于膜的结构属性及分子特性：①脂溶性越强的分子越容易穿膜；非极性物质脂溶性强，易穿膜，如O2,CO2,N2；但H2O例外。②分子量越小越容易穿膜；③不带电荷的分子容易穿膜，带电荷的离子不能或很难穿膜。离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了它的有效体积。一、膜的选择性通透细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输二、膜运输蛋白及其介导的跨膜运输★根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：①载体蛋白：通过蛋白质发生可逆的构象变化进行物质运输；②通道蛋白：在蛋白质中心形成一个亲水性的通道，使特定溶质穿越。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输被动运输:被运输的物质借助于膜运输蛋白，顺着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且不需要消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。★根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为两种运输方式：主动运输:被运输的物质借助于膜运输蛋白，逆着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且需要

消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。载体蛋白既参与主动运输又参与被动运输。通道蛋白只参与被动运输。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输1.单纯扩散（一）被动运输2.通道扩散3.协助扩散细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输1.钠钾泵(Na+-K+pump)（二）主动运输2.协同运输细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输膜泡运输胞吞作用胞吐作用胞饮作用吞噬作用受体介导的胞吞作用大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质转运，所以称为…。(此过程耗能）(endocytosis)(exocytosis)膜泡运输:★第三节大分子和颗粒的膜泡运输细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输一、胞吞作用细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。根据吞入物质的状态、大小及特异程度的不同，分为三种：吞噬作用；胞饮作用；受体介导的胞吞作用。（一）吞噬作用※指细胞内吞较大的固体颗粒或分子复合物的过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。※吞噬作用形成的囊泡称吞噬体。定义：分类：※是原生动物获取营养的重要方式。※在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能（如巨噬细胞等）。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输（二）胞饮作用※是指细胞内吞液体或小溶质分子的活动。※胞饮形成的囊泡称胞饮体。※大多数细胞具有胞饮作用。★（三）受体介导的胞吞作用定义：大分子的内吞除了一般进行的非选择性的胞吞作用外，往往首先与质膜上的受体特异性结合，然后内陷成有被小窝，继之形成有被小泡，这种内吞方式称…。A.特异性强，可大大提高内吞效率；B.内吞过程中形成一类特殊的膜囊泡——有被小泡。特点：实例：细胞对胆固醇的摄取。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输组成：网格蛋白（√）；短肽结构：网格蛋白分子3×＋短肽链3×三腿蛋白复合物五角形或六角形网格状结构（衣被）装配的中间物（重链）（轻链）三腿蛋白复合物有被小泡的衣被的组成和结构细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输LDL颗粒（低密度脂蛋白）LDL受体有被小窝有被小泡内吞

去被无被小泡胞内体融合受体与LDL颗粒分开含受体部分受体再循环含LDL颗粒部分

溶酶体酶融合吞噬性溶酶体游离胆固醇释出内体细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输二、胞吐作用细胞内某些物质由膜包围成小泡从细胞内部逐步移到质膜下方，与质膜融合，把物质排到细胞外的运输过程。定义：细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输以分泌蛋白为例，其胞吐作用有两种形式组成性分泌核糖体内质网腔转运囊泡高尔基复合体分泌囊泡细胞膜胞外核糖体内质网腔转运囊泡高尔基复合体分泌囊泡细胞膜胞外胞外信号调节性分泌①②两种形式：细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输胞吐作用有两种形式细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输一、细胞内蛋白质运输的途径第四节细胞内蛋白质的运输和分选①②细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输二、细胞内蛋白质运输的方式直接穿膜——

细胞质与细胞器之间的运输。转运小泡——

细胞器与细胞器之间的运输。孔结构——

细胞质的蛋白质通过核孔复合体进入细胞核。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输——蛋白质在细胞内的运输方式是由蛋白质分子上的分选信号决定的。三、蛋白质的分选（一）信号肽和信号斑细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输功能：信号肽：引导核糖体附着到RER膜上，并使合成的蛋白质进入内质网腔或内质网膜。信号斑：引导其他一些分选过程（如GC中某些

溶酶体酶蛋白上具有信号斑，可被特殊的分选酶识别）。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输高浓度低浓度脂双分子层电化学梯度单纯扩散:不需要消耗细胞代谢能，不依靠专一的膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。★细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输2.通道扩散通道蛋白的特点：运输速度快；特异性强；间断开放，由闸门控制；顺电化学梯度转运物质。通道蛋白的类型：电压闸门通道配体闸门通道——

借助通道蛋白。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输高浓度低浓度电化学梯度通道蛋白配体配体闸门通道细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输电压闸门通道特点：当膜电位发生变化时，致使其构象变化，“门”打开。K+电位门有四个亚基，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1-S6)

，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折叠

(H5区)，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。Na+、K+、Ca2+三种电压门通道结构相似，在进化上是由同一个远祖基因演化而来。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输K+电位门通道细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输3.协助扩散高浓度低浓度电化学梯度脂双分子层载体蛋白协助扩散:凡借助于载体蛋白的帮助，不消耗代谢能，顺浓度梯度转运物质的方式称…。如葡萄糖、氨基酸等。——载体蛋白介导被动运输★★协助扩散的速率在一定限度内与物质的浓度差成正比，当所有载体蛋白的结合部位全部被占据时，速率达最大并维持在此水平上。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输1.钠钾泵——载体蛋白介导的主动运输，逆浓度梯度转运

Na+和K+。①化学本质：Na+-K+ATP酶兼有载体蛋白和酶的双重功能细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输②化学组成：Na+-K+ATP酶大亚基：跨膜蛋白，催化部位，内侧：Na+、ATP的结合部位外侧：K+

、乌本苷(Na+、K+泵的抑制剂）结合部位小亚基：膜外半嵌入的糖蛋白，作用不详。细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输大亚基小亚基细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]钾离子钠离子乌本苷K+与乌本苷结合部位Na+结合部位KNa++泵细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输细胞内浓度梯度[30倍]浓度梯度[13倍]大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基小亚基钾结合部位③运输过程：Na+K+细胞外细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输3NaNaPNaPP2KPKK

(1)3个Na+在膜内侧结合到Na+结合位点,促进ATP分子的水解;(2)泵磷酸化，导致蛋白构